使用 Mongoose 在 MongoDB 中定义数据模式和模型
引言
大家好，欢迎来到今天的讲座！今天我们要一起探讨的是如何使用 Mongoose 在 MongoDB 中定义数据模式和模型。如果你对 MongoDB 和 Node.js 有一定的了解，那么 Mongoose 将会是你的好帮手。它不仅简化了与 MongoDB 的交互，还能帮助你更好地组织和管理你的数据。
在接下来的几个小时里，我们将从基础开始，逐步深入，最终让你能够自信地使用 Mongoose 来构建高效、可扩展的应用程序。准备好了吗？那我们就开始吧！
什么是 Mongoose？
首先，让我们来了解一下 Mongoose 是什么。Mongoose 是一个基于 Node.js 的 ODM（对象文档映射器），它为 MongoDB 提供了一个更高级别的抽象层。简单来说，Mongoose 让你可以用面向对象的方式与 MongoDB 进行交互，而不是直接操作数据库的原生 API。
为什么选择 Mongoose？
- Schema 验证：Mongoose 允许你定义数据的结构和验证规则，确保数据的一致性和完整性。
- 内置方法：Mongoose 提供了许多内置的方法，如
find、save、update等，简化了常见的数据库操作。 - 虚拟属性：你可以定义虚拟属性，这些属性不会存储在数据库中，但可以在查询时动态生成。
- 中间件：Mongoose 支持中间件，允许你在执行某些操作之前或之后插入自定义逻辑。
- 人口普查：Mongoose 可以帮助你更好地管理复杂的数据关系，比如一对多、多对多等。
安装 Mongoose
要开始使用 Mongoose，首先需要安装它。假设你已经安装了 Node.js 和 npm，可以通过以下命令安装 Mongoose：
npm install mongoose安装完成后，你就可以在项目中引入 Mongoose 了：
const mongoose = require('mongoose');连接到 MongoDB
在使用 Mongoose 之前，我们需要先连接到 MongoDB 数据库。Mongoose 提供了一个非常简单的接口来完成这个任务。假设你已经在本地运行了一个 MongoDB 实例，连接代码如下：
mongoose.connect('mongodb://localhost:27017/mydatabase', {
useNewUrlParser: true,
useUnifiedTopology: true
});
// 监听连接状态
mongoose.connection.on('connected', () => {
console.log('Connected to MongoDB!');
});
mongoose.connection.on('error', (err) => {
console.error('MongoDB connection error:', err);
});这里我们使用了 mongoose.connect 方法来连接到 MongoDB。第一个参数是数据库的 URI，第二个参数是一些配置选项，确保我们使用最新的解析器和拓扑结构。
断开连接
当你不再需要与数据库交互时，可以调用 mongoose.disconnect 方法来断开连接：
mongoose.disconnect();定义 Schema
现在我们已经成功连接到了 MongoDB，接下来就要定义数据的结构了。在 Mongoose 中，数据结构是通过 Schema 来定义的。Schema 是一个类，它描述了文档的结构、类型以及验证规则。
创建一个简单的 Schema
假设我们要创建一个用户系统，每个用户都有 name、email 和 age 字段。我们可以这样定义一个 Schema：
const userSchema = new mongoose.Schema({
name: String,
email: String,
age: Number
});这里的 userSchema 是一个 Mongoose Schema 对象，它描述了用户的字段及其类型。name 和 email 是字符串类型，age 是数字类型。
添加验证规则
为了确保数据的有效性，我们可以在 Schema 中添加验证规则。例如，我们可以要求 email 字段必须是有效的电子邮件格式，并且 age 必须大于 0：
const userSchema = new mongoose.Schema({
name: {
type: String,
required: true, // 必填字段
minlength: 3, // 最小长度为 3
maxlength: 50 // 最大长度为 50
},
email: {
type: String,
required: true,
match: [/.+@.+..+/, 'Please fill a valid email address'] // 正则表达式验证
},
age: {
type: Number,
required: true,
min: 0, // 最小值为 0
max: 120 // 最大值为 120
}
});在这里，我们为每个字段添加了更多的验证规则。required 表示该字段是必填的，minlength 和 maxlength 用于限制字符串的长度，match 用于匹配正则表达式，min 和 max 用于限制数字的范围。
自定义验证函数
除了内置的验证规则，Mongoose 还允许你使用自定义的验证函数。例如，我们可以编写一个函数来验证 age 是否为偶数：
const userSchema = new mongoose.Schema({
name: String,
email: String,
age: {
type: Number,
validate: {
validator: function(v) {
return v % 2 === 0; // 检查是否为偶数
},
message: props => `${props.value} is not an even number!`
}
}
});在这个例子中，我们使用了 validate 属性来定义一个自定义的验证函数。如果验证失败，Mongoose 会抛出一个带有自定义消息的错误。
默认值
有时候，你可能希望在用户没有提供某个字段时，自动为其设置一个默认值。Mongoose 提供了 default 属性来实现这一点。例如，我们可以为 age 字段设置一个默认值为 18：
const userSchema = new mongoose.Schema({
name: String,
email: String,
age: {
type: Number,
default: 18 // 默认值为 18
}
});枚举类型
如果你希望某个字段只能取特定的值，可以使用 enum 类型。例如，我们可以定义一个 role 字段，它的值只能是 admin 或 user：
const userSchema = new mongoose.Schema({
name: String,
email: String,
role: {
type: String,
enum: ['admin', 'user'], // 只能是 'admin' 或 'user'
default: 'user' // 默认值为 'user'
}
});虚拟属性
有时候，你可能希望在查询时动态生成一些属性，而这些属性并不需要存储在数据库中。Mongoose 提供了 虚拟属性 来实现这一点。例如，我们可以定义一个 fullName 虚拟属性，它由 firstName 和 lastName 组成：
const userSchema = new mongoose.Schema({
firstName: String,
lastName: String
});
userSchema.virtual('fullName').get(function() {
return `${this.firstName} ${this.lastName}`;
});
// 创建模型
const User = mongoose.model('User', userSchema);
// 使用虚拟属性
const user = new User({ firstName: 'John', lastName: 'Doe' });
console.log(user.fullName); // 输出: John Doe在这个例子中，fullName 是一个虚拟属性，它不会被存储在数据库中，但在查询时可以通过 user.fullName 访问。
创建模型
定义好 Schema 后，下一步就是创建一个 模型。模型是 Mongoose 提供的一个类，它封装了对数据库的操作。你可以通过模型来执行 CRUD（创建、读取、更新、删除）操作。
创建模型
要创建一个模型，只需调用 mongoose.model 方法，并传入模型名称和对应的 Schema：
const User = mongoose.model('User', userSchema);这里的 User 是模型的名称，userSchema 是我们之前定义的 Schema。Mongoose 会自动将模型名称转换为复数形式，并在 MongoDB 中创建相应的集合。因此，User 模型对应的是 users 集合。
插入数据
现在我们有了 User 模型，可以开始插入数据了。最简单的方式是创建一个新的文档实例，然后调用 save 方法将其保存到数据库中：
const newUser = new User({
name: 'Alice',
email: 'alice@example.com',
age: 25
});
newUser.save((err, user) => {
if (err) {
console.error(err);
} else {
console.log('User saved:', user);
}
});这段代码创建了一个新的 User 文档，并将其保存到 users 集合中。save 方法接受一个回调函数，当操作完成时会调用该函数。如果发生错误，err 参数会包含错误信息；否则，user 参数会包含保存后的文档。
查询数据
Mongoose 提供了多种查询方法，最常见的有 find、findOne 和 findById。下面是一些常用的查询示例：
查询所有用户
User.find({}, (err, users) => {
if (err) {
console.error(err);
} else {
console.log('All users:', users);
}
});这里的 find 方法会返回所有符合条件的文档。第一个参数是一个查询条件对象，{} 表示不加任何条件，即查询所有用户。
查询单个用户
如果你想查询单个用户，可以使用 findOne 方法：
User.findOne({ name: 'Alice' }, (err, user) => {
if (err) {
console.error(err);
} else {
console.log('Found user:', user);
}
});这段代码会查找 name 为 Alice 的用户。如果找到多个符合条件的用户，findOne 会返回第一个匹配的文档。
根据 ID 查询用户
如果你知道用户的 _id，可以使用 findById 方法来查询：
User.findById('60c9f2e7d4b4a8b4c2e3f1a2', (err, user) => {
if (err) {
console.error(err);
} else {
console.log('Found user by ID:', user);
}
});findById 方法会根据提供的 _id 查找用户。请注意，_id 是 MongoDB 自动生成的唯一标识符，通常是一个 24 位的十六进制字符串。
更新数据
Mongoose 提供了多种更新数据的方法，最常用的是 updateOne 和 updateMany。下面是一些更新数据的示例：
更新单个用户
User.updateOne({ name: 'Alice' }, { $set: { age: 26 } }, (err, result) => {
if (err) {
console.error(err);
} else {
console.log('Update result:', result);
}
});这段代码会将 name 为 Alice 的用户的 age 更新为 26。$set 是 MongoDB 的操作符，表示只更新指定的字段，而不影响其他字段。
更新多个用户
如果你想更新多个用户，可以使用 updateMany 方法：
User.updateMany({ age: { $lt: 18 } }, { $set: { role: 'minor' } }, (err, result) => {
if (err) {
console.error(err);
} else {
console.log('Update result:', result);
}
});这段代码会将所有 age 小于 18 的用户的 role 更新为 minor。
删除数据
Mongoose 提供了 deleteOne 和 deleteMany 方法来删除数据。下面是一些删除数据的示例：
删除单个用户
User.deleteOne({ name: 'Alice' }, (err, result) => {
if (err) {
console.error(err);
} else {
console.log('Delete result:', result);
}
});这段代码会删除 name 为 Alice 的用户。
删除多个用户
如果你想删除多个用户，可以使用 deleteMany 方法：
User.deleteMany({ age: { $gt: 60 } }, (err, result) => {
if (err) {
console.error(err);
} else {
console.log('Delete result:', result);
}
});这段代码会删除所有 age 大于 60 的用户。
关系模型
在实际应用中，数据通常是相互关联的。Mongoose 提供了多种方式来处理关系模型，包括 嵌入式引用 和 文档引用。
嵌入式引用
嵌入式引用是指将相关数据直接嵌入到同一个文档中。这种方式适合处理一对一或多对一的关系。例如，我们可以将用户的地址信息嵌入到用户文档中：
const addressSchema = new mongoose.Schema({
street: String,
city: String,
zip: String
});
const userSchema = new mongoose.Schema({
name: String,
email: String,
address: addressSchema // 嵌入地址信息
});
const User = mongoose.model('User', userSchema);
const user = new User({
name: 'Alice',
email: 'alice@example.com',
address: {
street: '123 Main St',
city: 'New York',
zip: '10001'
}
});
user.save((err, user) => {
if (err) {
console.error(err);
} else {
console.log('User with embedded address saved:', user);
}
});在这个例子中，address 字段是一个嵌入式的子文档，它包含了用户的地址信息。
文档引用
文档引用是指通过 _id 字段来引用其他文档。这种方式适合处理一对多或多对多的关系。例如，我们可以定义一个 Post 模型，并在其中引用 User 模型：
const postSchema = new mongoose.Schema({
title: String,
content: String,
author: { type: mongoose.Schema.Types.ObjectId, ref: 'User' } // 引用 User 模型
});
const Post = mongoose.model('Post', postSchema);
// 创建一篇帖子并引用用户
const post = new Post({
title: 'My First Post',
content: 'This is my first post!',
author: '60c9f2e7d4b4a8b4c2e3f1a2' // 用户的 _id
});
post.save((err, post) => {
if (err) {
console.error(err);
} else {
console.log('Post saved:', post);
}
});在这个例子中，author 字段是一个引用，它指向 User 模型中的某个文档。我们可以通过 populate 方法来加载引用的文档：
Post.findById('60c9f2e7d4b4a8b4c2e3f1a2')
.populate('author') // 加载作者信息
.exec((err, post) => {
if (err) {
console.error(err);
} else {
console.log('Post with author:', post);
}
});populate 方法会自动将 author 字段替换为对应的 User 文档，方便我们在查询时获取完整的用户信息。
中间件
Mongoose 提供了强大的中间件功能，允许你在执行某些操作之前或之后插入自定义逻辑。中间件分为两种类型：预中间件 和 后中间件。
预中间件
预中间件会在操作执行之前触发。你可以使用 pre 方法来定义预中间件。例如，我们可以在保存用户之前自动加密密码：
userSchema.pre('save', async function(next) {
if (this.isModified('password')) {
this.password = await bcrypt.hash(this.password, 10); // 加密密码
}
next();
});这段代码会在每次保存用户时检查 password 字段是否被修改。如果是，则使用 bcrypt 库对其进行加密。
后中间件
后中间件会在操作执行之后触发。你可以使用 post 方法来定义后中间件。例如，我们可以在删除用户之后自动删除其所有帖子：
userSchema.post('remove', async function(doc) {
await Post.deleteMany({ author: doc._id }); // 删除所有关联的帖子
});这段代码会在删除用户之后，自动删除所有与其相关的帖子。
总结
今天我们学习了如何使用 Mongoose 在 MongoDB 中定义数据模式和模型。我们从基础的 Schema 定义开始，逐步介绍了如何添加验证规则、创建模型、执行 CRUD 操作、处理关系模型以及使用中间件。通过这些知识，你已经具备了使用 Mongoose 构建高效、可扩展应用程序的能力。
当然，Mongoose 的功能远不止这些。它还提供了许多高级特性，如聚合查询、事务支持、插件系统等。如果你对这些内容感兴趣，不妨继续深入研究。
希望今天的讲座对你有所帮助！如果有任何问题或建议，欢迎随时提问。😊
附录：常见问题解答
Q1: 我应该如何选择嵌入式引用还是文档引用？
A1: 选择嵌入式引用还是文档引用取决于你的应用场景。嵌入式引用适合处理一对一或多对一的关系，尤其是当相关数据总是需要一起查询时。文档引用适合处理一对多或多对多的关系，尤其是当相关数据较大或频繁更新时。
Q2: Mongoose 支持哪些数据类型？
A2: Mongoose 支持多种数据类型，包括 String、Number、Boolean、Array、Date、ObjectId、Buffer、Mixed 等。你可以根据具体需求选择合适的数据类型。
Q3: 如何提高 Mongoose 查询的性能？
A3: 提高 Mongoose 查询性能的方法有很多，例如使用索引、分页查询、批量操作、缓存查询结果等。你可以根据实际情况选择合适的优化策略。
Q4: Mongoose 有哪些常用的插件？
A4: Mongoose 社区提供了许多有用的插件，例如 mongoose-paginate-v2 用于分页查询，mongoose-unique-validator 用于验证唯一性，mongoose-autopopulate 用于自动填充引用字段等。你可以根据项目需求选择合适的插件。
感谢大家的参与！今天的讲座到此结束，期待下次再见！✨
